論文の概要: Enhancing associative memory recall and storage capacity using confocal cavity QED

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.01227v1
• Date: Wed, 2 Sep 2020 17:59:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-04 01:05:27.404382
• Title: Enhancing associative memory recall and storage capacity using confocal cavity QED
• Title（参考訳）: 共焦点キャビティqedを用いた連想記憶のリコールと記憶容量の増強
• Authors: Brendan P. Marsh, Yudan Guo, Ronen M. Kroeze, Sarang Gopalakrishnan, Surya Ganguli, Jonathan Keeling, and Benjamin L. Lev
• Abstract要約: 本稿では,連想記憶を実現するための短期的な実験プラットフォームを提案する。 複数モードの光学キャビティに結合されたスピンフルボソンを使用することで、多くの記憶を同時に保存することができる。 この非平衡量子光学スキームはグラウバー力学よりも連想記憶に有利であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.696215759892052
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We introduce a near-term experimental platform for realizing an associative memory. It can simultaneously store many memories by using spinful bosons coupled to a degenerate multimode optical cavity. The associative memory is realized by a confocal cavity QED neural network, with the cavity modes serving as the synapses, connecting a network of superradiant atomic spin ensembles, which serve as the neurons. Memories are encoded in the connectivity matrix between the spins, and can be accessed through the input and output of patterns of light. Each aspect of the scheme is based on recently demonstrated technology using a confocal cavity and Bose-condensed atoms. Our scheme has two conceptually novel elements. First, it introduces a new form of random spin system that interpolates between a ferromagnetic and a spin-glass regime as a physical parameter is tuned---the positions of ensembles within the cavity. Second, and more importantly, the spins relax via deterministic steepest-descent dynamics, rather than Glauber dynamics. We show that this nonequilibrium quantum-optical scheme has significant advantages for associative memory over Glauber dynamics: These dynamics can enhance the network's ability to store and recall memories beyond that of the standard Hopfield model. Surprisingly, the cavity QED dynamics can retrieve memories even when the system is in the spin glass phase. Thus, the experimental platform provides a novel physical instantiation of associative memories and spin glasses as well as provides an unusual form of relaxational dynamics that is conducive to memory recall even in regimes where it was thought to be impossible.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,連想記憶を実現するための短期実験プラットフォームを提案する。 縮退した多モード光学キャビティと結合したスピンボソンを用いて、多数の記憶を同時に記憶することができる。 連想記憶は共焦点空洞QEDニューラルネットワークによって実現され、空洞モードはシナプスとして機能し、ニューロンとして機能する超放射性原子スピンアンサンブルのネットワークを接続する。 記憶はスピン間の接続行列に符号化され、光のパターンの入力と出力を通してアクセスすることができる。 このスキームのそれぞれの側面は、共焦点空洞とボース凝縮原子を用いた最近実証された技術に基づいている。 私たちのスキームには概念的に新しい要素が2つあります。 まず, 物理パラメータを調整し, 強磁性とスピングラスレジームの間を補間する新しいランダムスピン系, 空洞内のアンサンブルの位置について紹介する。 第二に、さらに重要なことに、スピンはグラウバーのダイナミクスではなく、決定論的に最も急なdescent dynamicsによってリラックスする。 この非平衡量子光学スキームは、グラウバー力学よりも連想記憶において大きなアドバンテージを持つ:これらのダイナミクスは、標準的なホップフィールドモデル以上の記憶を記憶し記憶するネットワークの能力を高めることができる。 驚いたことに、空洞QEDダイナミクスは、システムがスピンガラス相である場合でも記憶を回復することができる。 このように、実験プラットフォームは、連想記憶とスピングラスの新たな物理的インスタンス化を提供するとともに、不可能と思われた状態においても記憶記憶を想起する異常なリラクゼーションダイナミクスを提供する。

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